(57)【要約】【課題】  新規な潤滑流体封止構造を提案して，薄型化に適する両端軸固定型動圧流体軸受モータ及び記録ディスク装置を実現する。【解決手段】  スリーブ上下端にベアリング部を有してスリーブ外周下部に潤滑流体溜まり部を有する軸固定構造に於いて，回動するスリーブ内にスリーブ上端からスリーブ下端外径近傍に至る連通領域を形成し，スリーブ上端面の静止部と回転部間に於いて潤滑流体を遠心力により連通領域内に振り切りスリーブ下端外径近傍にまで移送させ，固定軸とスリーブ間には潤滑流体をスリーブ上端方向に圧送する動圧グルーブを有して動圧グルーブと遠心力により潤滑流体を循環させて潤滑流体を封止する。軸長方向にスペースを要しない封止構造を実現し，薄型の記録ディスク装置を実現可能とした。【選択図】  図１
2006283964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸と，軸外周と微小隙間を有して回転自在に勘合するスリーブと，軸に固定されてスリーブの上端面と間隙を持って対向する第１環状部材と，軸に固定されてスリーブ下端及び外周下部と間隙を持って対向する第２環状部材と，スリーブと軸及び第１，第２環状部材との間隙に連続的に存在してスリーブ上端面とスリーブ外周下部の少なくとも２カ所に大気との境界面を持つ潤滑流体とを少なくとも有して構成される動圧流体軸受モータに於いて，流入部を第１環状部材外周近傍のスリーブ上端面に及び排出部をスリーブ下端外径近傍に有する連通領域をスリーブ内には有し，連通領域内にはさらに境界面を有して排出部で前記スリーブと第２環状部材との間隙内の潤滑流体に連続する潤滑流体を有するよう設定し，スリーブ上端面と第１環状部材との何れかの面には動圧グルーブを，スリーブ内周面と固定軸及び或いは第２環状部材との対向面の何れかには動圧グルーブを有し，後者の動圧グルーブの少なくとも一つは不平衡ヘリングボーングルーブ或いはスパイラルグルーブとしてスリーブ内周面上端方向に潤滑流体圧送能力を持たせて回転時に第１環状部材外周に潤滑流体を移送し，第１環状部材外周近傍で潤滑流体を遠心力で流入部内に振り切り，遠心力で流入部内に振り切られた潤滑流体を遠心力及び或いは周方向に傾斜した連通領域により排出部方向に駆動して循環させ，蓮通領域排出部近傍での潤滑流体圧力を調整する潤滑流体圧力調整手段を前記連通領域排出部近傍及び或いは前記連通領域内にさらに有して，潤滑流体を封止することを特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項２】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，前記潤滑流体圧力調整手段として連通領域排出部とスリーブ外周下部の潤滑流体境界面との間に潤滑流体を前記連通領域排出部方向に圧送する動圧グルーブを配置した事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項３】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，前記潤滑流体圧力調整手段として回転力を利用して潤滑流体を連通領域排出部から流入部方向に押し込むよう連通領域排出部近傍の連通領域形状を周方向に傾斜させた事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項４】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，前記潤滑流体圧力調整手段として連通領域排出部の回転方向後部と第２環状部材との間隙を局部的に小とし，回転力を利用して潤滑流体を連通領域排出部から流入部方向に押し込む事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項５】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，前記潤滑流体圧力調整手段として蓮通領域は排出部方向に徐々に間隙が小となる傾斜間隙領域を有する事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項６】
請求項５記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，蓮通領域内の前記傾斜間隙領域を軸長方向と平行に配置した事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項７】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，回転時に動圧グルーブによりスリーブ上端面に圧送する潤滑流体の流量は，スリーブ上端面及び対向する第１環状部材とで構成するスラストベアリング領域から遠心力によって流れ出る流量以上として前記スラストベアリング領域に気泡を巻き込まないよう構成した事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項８】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，スリーブ上端面に圧送される潤滑流体がスリーブ上端面及び対向する第１環状部材とで構成するスラストベアリング領域に滞留するように流入部の開口断面積を制限して潤滑流体の流路抵抗を大とした事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項９】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，第１環状部材とスリーブ上端面とで構成するスラストベアリング領域から流入部には段差を設け，潤滑流体が前記段差を乗り越えて連通領域上端に振り切られる構造として前記スラストベアリング領域に潤滑流体を滞留させるよう構成した事を特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１０】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，固定軸は円筒状とし，スリーブは円筒状内周面を有して軸に回動可能に勘合し，且つ軸と直交する第１，第２環状部材とスリーブ上下端面とがそれぞれ対向し，スリーブ下端面と対向する第２環状部材面との何れかに配置された動圧グルーブは内径方向に潤滑流体圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブ或いはスパイラルグルーブとすることを特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１１】
請求項１０記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，円筒状軸とスリーブ内周面との対向面の何れかには一つのラジアルベアリングとしてヘリングボーングルーブ或いはスリーブ上端面方向に潤滑流体を圧送する不平衡ヘリングボーングルーブを有し，第１環状部材とスリーブ上端面の対向する面の何れかにはポンプインのスパイラルグルーブを有し，第２環状部材とスリーブ下端面の対向する面の何れかには潤滑流体を内径方向に圧送する能力を有する不平衡のヘリングボーングルーブを配置したことを特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１２】
請求項１０記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，第１環状部材とスリーブ上端面の何れか及び第２環状部材とスリーブ下端面の何れかにはポンプインのスパイラルグルーブを有し，軸外周面とスリーブ内周面の何れかには二つの不平衡ヘリングボーングルーブを有してそれぞれの不平衡ヘリングボーングルーブは隣接する前記スパイラルグルーブの方向に潤滑流体圧送能力を有してそれぞれ前記スパイラルグルーブと協働でスリーブ上下面での潤滑流体圧力を高め，スリーブを浮上支持することを特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１３】
請求項１０記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，スリーブ下端面と対向する第２環状部材の一部をフランジとして円筒軸と一体構造のＴ字状軸とし，フランジ部の径方向面及び軸方向面でベースプレートと固定される構造とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１４】
請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，固定軸は上端方向に先細となる円錐凸形状として，スリーブは前記軸に勘合する円錐凹形状とし，軸及びスリーブ間に一以上の動圧グルーブを有し，少なくとも前記動圧グルーブの一つはスリーブ上端方向に潤滑流体圧送能力を有し，軸及びスリーブ間の動圧グルーブが発生する軸方向負荷容量と第１の環状部材及びスリーブ上端面間の動圧グルーブの発生する負荷容量とが平衡する位置でスリーブを浮上支持することを特徴とする軸固定型動圧流体軸受モータ
【請求項１５】
筐体と，記録ディスクと，記録ディスクを搭載回転させるモータと，記録ディスクの所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを少なくとも有する記録ディスク装置であって，前記モータとして請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータを使用し，前記モータの固定軸を筐体中央部の支柱として薄板状の筐体で構成可能としたことを特徴とする記録ディスク装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，記録ディスク装置用の動圧流体軸受モータに拘わり，特に従来のテーパーシールに替わる新規の潤滑流体封止構造を用いた軸固定型動圧流体軸受モータ及び記録ディスク装置に拘わる。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気ディスク装置（ＨＤＤ）用動圧流体軸受モータの軸受構造は潤滑流体と大気との境界を唯一つとして潤滑流体封止が容易な軸回転構造が主体であった。これに対して軸の両端を固定する両端軸固定型動圧流体軸受モータは振動環境下でも回転部の高精度な姿勢保持能力に優れ，また薄型ＨＤＤでは筐体中央部を軸で支持出来る利点もある。その為，両端軸固定型動圧流体軸受の小型化が待望されていたのであるが，比較的大型のモータでしか実現されていない。
【０００３】
これは両端軸固定型動圧流体軸受が潤滑流体と大気との境界を二以上有して潤滑流体漏れを起こしやすい事，部材数が多くて小型化が難しい事等の理由に依る。動圧流体軸受の主要部である動圧グルーブは回転時に潤滑流体を一方に圧送するポンプ作用により局所的に潤滑流体圧力を高めて回動する部材を非接触支持している。しかしながら動圧グルーブによる潤滑流体圧送能力は動圧グルーブの寸法形状及び部材間の間隙等に大きく依存し，それら諸元はサブミクロンメートルレベルの精度を要して量産で均一に寸法形状を維持する事は事実上不可能である。設計上は平衡で有る筈のヘリングボーングルーブが間隙の傾斜或いは加工精度のばらつきから何れかの方向に潤滑流体を圧送してしまう事は屡々起こり得る。量産時に於ける加工精度ばらつきを許容して尚かつ潤滑流体封止の完全を期すると，米国特許５５１６２１２に記述されるように全ての動圧グルーブに圧力平衡用チャネルを具備する非現実的な構造となる。
【０００４】
米国特許５５１６２１２と趣旨を同じくしながら実現可能な構造として加工精度のばらつき，或いは遠心力存在下でも潤滑流体漏れを解決し得た構造は数例のみである。しかしながら，過去に実現された両端軸固定型動圧流体軸受モータの例は専ら多数の磁気ディスクを搭載して高速回転を前提にした大型の構造であり，小径の磁気ディスク２枚程度以下の小型用途には適合させ難い。すなわち，米国特許５８７６１２４に見られるように軸長方向に部材が多いのでそのまま小型化しても上下ラジアルベアリング間のスパンを確保出来ずに回転部の姿勢を高精度に維持出来ない。また何よりも部材数が多く，低コスト化が困難である。
【０００５】
薄型ＨＤＤ用の両端軸固定型動圧流体軸受モータに適するとして特開２００３−１５３４８４，特開２００４−２０４９４２等が提案されている。何れもラジアルベアリング部の両側にスラストベアリング部を有する構造であるが，量産時に遭遇しがちな動圧グルーブの寸法形状及びベアリング間隙等バラツキへの対処策が不十分である。前者は下側のスラストベアリング部の潤滑流体が遠心力で漏れ出る可能性がある。軸長方向に部材が多く，ラジアルベアリングスパンを確保できないので回転部姿勢を高精度に維持する事は出来ない。後者の構造はラジアルベアリング径が大きくて軸損が大の欠陥がある。
【０００６】
薄型ＨＤＤ用の両端軸固定型動圧流体軸受モータに適する他の構造は軸受け部の縦断面を図１４（ｂ）に簡略化して示している米国特許５５３３８１１の提案である。スリーブ外周下部に潤滑流体溜まり部１４６を有して薄型モータの軸受構造に適している。しかしながらこの提案はテーパーシール部での潤滑流体保持力を十分に大と出来る条件で潤滑流体を封止できるが，テーパーシール部に十分な長さを確保できない小型モータ領域では二つのスラストベアリング１４１，１４２端間の平衡チャネル１４３を通じて回転時には遠心力で潤滑流体が外周側の潤滑流体溜まり部１４６に移動して上部のスラストベアリング１４１領域に潤滑流体を保持できない。米国特許５８７６１２４に示す構造は図１４（ａ）に簡略化して示すように上下対称の潤滑流体溜まり部１４４，１４５から遠心力を利用してスラストベアリング１４１，１４２の外周領域及び平衡チャネル１４３に圧力を加えて潤滑流体を保持している。
【０００７】
動圧流体軸受モータの潤滑流体封止構造に広く用いられているテーパーシール構造もまた薄型ＨＤＤでは大きな制約条件である。テーパーシールは潤滑流体の表面張力を利用した封止方法で一般にテーパーシールの開角は１０度以下が強度の点で望ましいとされる。さらにテーパーシールの最大間隙は０．３ミリメートル程度が妥当であるが，各部の寸法精度を上げて０．２ミリメートルに抑えてもテーパーシールの長さは開角を１０度とすると１．１ミリメートル余となる。厚み３ミリメートル程度以下のＨＤＤ用動圧流体軸受モータを実現するには潤滑流体封止を含めて各処で不十分さを認識しながら妥協をせざるを得ない状態である。
【０００８】
【特許文献１】米国特許５５１６２１２「Hydrodynamic bearing with controlled lubricant pressure distribution」
【特許文献２】特開２００４−２０４９４２「動圧軸受装置」
【特許文献３】特開２００３−１５３４８４「軸受モータ」
【特許文献４】米国特許５８７６１２４「Hydrodynamic bearing unit」
【特許文献５】米国特許５５３３８１１「Hydrodynamic bearing having inverted surface tension seals」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって，解決しようとする課題は，両端軸固定型に適する新規な潤滑流体封止構造を提案して，薄型に於いても回転部の姿勢を高精度に維持する軸固定型動圧流体軸受モータ，及び記録ディスク装置を創出提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明による軸固定型動圧流体軸受モータは，固定軸と，軸外周と微小隙間を有して回転自在に勘合するスリーブと，軸に固定されてスリーブの上端面と間隙を持って対向する第１環状部材と，軸に固定されてスリーブ下端及び外周下部と間隙を持って対向する第２環状部材と，スリーブと軸及び第１，第２環状部材との間隙に連続的に存在してスリーブ上端面とスリーブ外周下部の少なくとも２カ所に大気との境界面を持つ潤滑流体とを少なくとも有して構成される動圧流体軸受モータに於いて，流入部を第１環状部材外周近傍のスリーブ上端面に及び排出部をスリーブ下端外径近傍に有する連通領域をスリーブ内には有し，連通領域内にはさらに境界面を有して排出部で前記スリーブと第２環状部材との間隙内の潤滑流体に連続する潤滑流体を有するよう設定し，スリーブ上端面と第１環状部材との何れかの面には動圧グルーブを，スリーブ内周面と固定軸及び或いは第２環状部材との対向面の何れかには動圧グルーブを有し，後者の動圧グルーブの少なくとも一つは不平衡ヘリングボーングルーブ或いはスパイラルグルーブとしてスリーブ内周面上端方向に潤滑流体圧送能力を持たせて回転時に第１環状部材外周に潤滑流体を移送し，第１環状部材外周近傍で潤滑流体を遠心力で流入部内に振り切り，遠心力で流入部内に振り切られた潤滑流体を遠心力及び或いは周方向に傾斜した連通領域により排出部方向に駆動して循環させ，蓮通領域排出部近傍での潤滑流体圧力を調整する潤滑流体圧力調整手段を前記連通領域排出部近傍及び或いは前記連通領域内にさらに有して，潤滑流体を封止することを特徴とする。
【００１１】
図１５には本発明による軸固定型動圧流体軸受モータの潤滑流体封止構造をモデル的に示してある。同図に於いて，番号１５１はスリーブ下部外径近傍の潤滑流体溜まり部を，番号１５２は蓮通領域内の潤滑流体溜まり部を，番号１５７は潤滑流体を，番号１５３はベアリング部の動圧グルーブをそれぞれ示し，動圧グルーブ１５３が前記１５１及び１５２で示す潤滑流体溜まり部から潤滑流体を引き込む構造をモデル的に示している。潤滑流体１５７の境界１５８及び１５９に於いては潤滑流体の表面張力により番号１５ａ，１５ｂで示すようにそれぞれの潤滑流体溜まり部で潤滑流体を上方に引く力が働き，動圧グルーブ１５３の下方に引く力とで潤滑流体１５７は封止される。その間，動圧グルーブ１５３により引き込まれた潤滑流体は番号１５５で示したスリーブ上端面外周で遠心力により振り切られて潤滑流体溜まり部１５２に流入する。流入した潤滑流体は潤滑流体溜まり部１５２のメニスカスを広げ，上方に引く力１５ｂを弱める事になるので潤滑流体は下方に移送され蓮通領域の排出部１５４で合流する。全体の潤滑流体１５７の量は常に一定に保たれるので潤滑流体溜まり部１５１及び１５２の潤滑流体内の圧力が合流点である潤滑流体溜まり部１５２の排出部１５４近傍で等しくなるよう潤滑流体は封止される。
【００１２】
この潤滑流体封止のモデルに於いて，不安定要因は蓮通領域内の潤滑流体に作用する遠心力であり，番号１５ｃで遠心力による潤滑流体の圧力増分を示している。遠心力による圧力増分１５ｃが小さい場合には境界１５９が下方に移動して境界１５９の曲率を小として圧力増分１５ｃを補償できるが，高速回転で遠心力による圧力増分１５ｃが過大になると，上記封止の条件が成立し難くなり，潤滑流体が偏在し，漏れる結果となる。
【００１３】
連通領域排出部近傍或いは蓮通領域内に配置する潤滑流体圧力調整手段は排出部近傍（図１５で１５４）に於ける蓮通領域内（図１５で潤滑流体溜まり部１５２）及びスリーブ下部外径近傍（図１５で潤滑流体溜まり部１５１）の潤滑流体圧力を調整平衡させる機能を有する。潤滑流体圧力調整手段としては，スリーブ外周下部の形状を下端から上に行くほどに縮径させて遠心力を利用する方法に加えて圧力調整範囲を大きく確保できる請求項２，３，４，５，６に規定する手段がある。
【００１４】
番号１５６で示す点線は遠心力で振り切られ，潤滑流体溜まり部１５２に流入する潤滑流体の循環経路を示し，従来一般に用いられてきた潤滑流体の循環構造に比して潤滑流体が連続していない特徴がある。循環路内の潤滑流体を不連続にすることで潤滑流体封止の条件設定を容易としている。
【００１５】
請求項２の発明は，請求項１に於ける潤滑流体圧力調整手段として連通領域排出部とスリーブ外周下部の潤滑流体境界面との間に潤滑流体を前記連通領域排出部方向に圧送する動圧グルーブを配置した事を特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は，請求項１に於ける潤滑流体圧力調整手段として回転力を利用して潤滑流体を連通領域排出部から流入部方向に押し込むよう連通領域排出部近傍の連通領域形状を周方向に傾斜させた事を特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は，請求項１に於ける潤滑流体圧力調整手段として連通領域排出部の回転方向後部と第２環状部材との間隙を局部的に小とし，回転力を利用して潤滑流体を連通領域排出部から流入部方向に押し込む事を特徴とする。請求項３の発明と組み合わせて効果的に潤滑流体を蓮通領域流入部方向に押し込む圧力を発生させる事が出来る。
【００１８】
請求項５の発明は，請求項１に於ける潤滑流体圧力調整手段として蓮通領域は排出部方向に徐々に間隙が小となる傾斜間隙領域を有する事を特徴とする。蓮通領域内の傾斜間隙を構成する部材は相対的に移動しないので傾斜間隙領域の最小間隙を１０ミクロンメートル程度の微小間隙を実現でき，表面張力による潤滑流体保持力を大と出来る。
【００１９】
請求項６の発明は，請求項５に於いて，蓮通領域内の前記傾斜間隙領域を軸長方向と平行に配置した事を特徴とする。遠心力は径方向外方に作用するので蓮通領域内の潤滑領域滞留領域の径方向厚みを数十ミクロンメートル以下に設定して遠心力による潤滑流体圧力増分を抑制する。
【００２０】
具体的な構造としてはスリーブを内筒，外筒の二重構成としてそれらの間隙に蓮通領域を形成するとし，内筒外周面の下半分を下方に徐々に径が大となる円錐形状に形成，或いは内筒外周面を平面状且つ傾斜させるよう加工して外筒と組み合わせる事により所望の傾斜間隙領域を形成する。
【００２１】
請求項７の発明は，請求項１に於いて，回転時に動圧グルーブによりスリーブ上端面に圧送する潤滑流体の流量は，スリーブ上端面及び対向する第１環状部材とで構成するスラストベアリング領域から遠心力によって流れ出る流量以上として前記スラストベアリング領域に気泡を巻き込まないよう構成した事を特徴とする。回転時に動圧グルーブによりスリーブ上端方向に圧送する潤滑流体の流量は，スリーブ上端面と対向する第１環状部材の何れかの面に形成するスラストベアリング領域から遠心力によって流れ出る潤滑流体量以上として前記スラストベアリング領域に気泡を巻き込まないよう構成した事を特徴とする。
【００２２】
スリーブ上端面にあるスラストベアリング用動圧グルーブの外周部は潤滑流体が滞留していない連通領域上端部に開放されているので回転時に遠心力によってその外周端から潤滑流体が流れ出てその動圧グルーブ外周部では潤滑流体不足となって気泡が混入する。スラストベアリング領域から遠心力によって流れ出る潤滑流体量とは，スラストベアリング領域の内周側からは何ら圧力を加えない状態でその外周部から遠心力により流れ出る潤滑流体の量を示し，遠心力に起因して流れ出る以上の潤滑流体量を内周側から供給してスラストベアリング領域に於ける潤滑流体不足の事態を避け，気泡混入を防止する。
【００２３】
請求項８の発明は，請求項１に於いて，スリーブ上端面に圧送される潤滑流体がスリーブ上端面及び対向する第１環状部材とで構成するスラストベアリング領域に滞留するように流入部の開口断面積を制限して潤滑流体の流路抵抗を大とした事を特徴とする。
【００２４】
請求項９の発明は，請求項１に於いて，第１環状部材とスリーブ上端面とで構成するスラストベアリング領域から流入部には段差を設け，潤滑流体が前記段差を乗り越えて流入部に振り切られる構造として前記スラストベアリング領域に潤滑流体を滞留させるよう構成した事を特徴とする。前記段差の目的はスラストベアリング領域に外周壁を設けて外径方向への流路抵抗を大にする事であり，スリーブ上端面側或いは第１環状部材側の何れの側にも設けることができる。
【００２５】
請求項１０の発明は，請求項１に於いて，固定軸は円筒軸として，スリーブの上下端面と第１，第２環状部材とがそれぞれ対向し，少なくともスリーブ下端面と対向する第２環状部材面の何れかに配置された動圧グルーブは内径方向に潤滑流体圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブ或いはスパイラルグルーブとすることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１の発明は，請求項１０に於いて，円筒状軸とスリーブ内周面との対向面の何れかには一つのラジアルベアリングとしてヘリングボーングルーブ或いはスリーブ上端面方向に潤滑流体を圧送する不平衡ヘリングボーングルーブを有し，第１環状部材とスリーブ上端面の対向する面の何れかにはポンプインのスパイラルグルーブを有し，第２環状部材とスリーブ下端面の対向する面の何れかには潤滑流体を内径方向に圧送する能力を有する不平衡のヘリングボーングルーブを配置したことを特徴とする。
【００２７】
スリーブ下端面のスラストベアリングで回転部の姿勢復元力を発生させ，薄型の動圧流体軸受モータを実現する。
【００２８】
請求項１２の発明は，請求項１０に於いて，第１環状部材とスリーブ上端面の何れか及び第２環状部材とスリーブ下端面の何れかにはポンプインのスパイラルグルーブを有し，軸外周面とスリーブ内周面の何れかには二つの不平衡ヘリングボーングルーブを有してそれぞれの不平衡ヘリングボーングルーブは隣接する前記スパイラルグルーブの方向に潤滑流体圧送能力を有してそれぞれ前記スパイラルグルーブと協働でスリーブ上下面での潤滑流体圧力を高め，スリーブを浮上支持することを特徴とする。
【００２９】
請求項１３の発明は，請求項１０に於いて，スリーブ下端面と対向する第２環状部材の一部をフランジとして円筒軸と一体構造のＴ字状軸とし，フランジ部の径方向面と軸方向面でベースプレートに固定する。フランジ部の径方向面でベースプレート面上の位置を規制し，フランジ部のスリーブ下端面と対向する面外周部とベースプレートとで軸方向位置を規制する。フランジ部分の厚みを小としてもＴ字状軸のベースプレートに対する直角度及び固定強度を確保してラジアルベアリング領域を大に出来る事を特徴とする。
【００３０】
請求項１４の発明は，請求項１に於いて，固定軸は上端方向に先細となる円錐凸形状としてスリーブは前記軸に勘合する円錐凹形状とし，軸及びスリーブ間に一以上の動圧グルーブを有し，少なくともその一つの動圧グルーブはスリーブ上端方向に潤滑流体圧送能力を有することを特徴とする。
【００３１】
第１環状部材とスリーブ上端面との間に有するスラストベアリングが発生する軸方向負荷容量と，スリーブ内周面と軸との間にある動圧グルーブが発生する軸方向負荷容量が平衡する位置で回転部を浮上支持し，後者の動圧グルーブが発生する径方向負荷容量で回転部を軸に調芯する。
【００３２】
請求項１５の発明による記録ディスク装置は，筐体と，記録ディスクと，記録ディスクを搭載回転させるモータと，記録ディスクの所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを少なくとも有し，前記モータとして請求項１記載の軸固定型動圧流体軸受モータを使用し，前記モータの固定軸を筐体中央部の支柱としたことを特徴とする。前記モータの固定軸を支柱とする事で筐体を補強できて，より薄型のＨＤＤを実現可能とする。特に脆弱な筐体を使用せざるを得ない厚さ３ミリメートル程度以下のＨＤＤが本発明で実用レベルとなる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば，二つの潤滑流体境界面を有する軸固定型動圧流体軸受モータに於いて，回動するスリーブ内にスリーブ上端からスリーブ下端外径近傍に至る連通領域を形成し，上側スラストベアリング外径近傍の潤滑流体を遠心力により連通領域に振り切りスリーブ下端外径近傍にまで移送させ，固定軸とスリーブ間には潤滑流体をスリーブ上端方向に圧送する動圧グルーブを有し，動圧グルーブと遠心力により潤滑流体を循環させて潤滑流体を封止する。
【００３４】
さらに，連通領域は潤滑流体を表面張力によって保持できる程に小さい間隙で構成し，静止時には潤滑流体を連通領域に吸収保持して漏れ難くし，回転時には遠心力により潤滑流体を連通領域から排出してベアリング領域に供給する。
【００３５】
両端軸固定型軸受でスリーブ上端近傍での潤滑流体漏れが最も懸念されるが，潤滑流体に作用する遠心力によりスリーブ中の連通領域に振り切る新規な潤滑流体封止概念で解決し，気泡排除機能も同時に実現する。この薄型の軸固定型動圧流体軸受モータを用いて回転部姿勢を高精度に維持しながら薄型の記録ディスク装置を実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に本発明による軸固定型動圧流体軸受モータ及び記録ディスク装置について，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は，本発明の第一の実施例である軸固定型動圧流体軸受モータの縦断面図を示す。固定軸は円筒軸及び第２環状部材のスリーブ下端面と対向する部分（以下，フランジ部１６と称する）を一体化させたＴ字状軸１１であり，スリーブは内筒１２及び外筒１３とより構成され，内筒１２は軸１１外周と微小隙間を有して回転自在に勘合され，その下端面はフランジ部１６と微小隙間を有して対向する。さらにスリーブ内筒１２上端面は軸１１に固定される第１環状部材１４と微小隙間を有して対向する。番号１ｃは第１環状部材１４外周近傍からスリーブ下端外径近傍に至る連通領域で潤滑流体が循環するチャネルである。
【００３８】
請求項１に規定する第２環状部材はフランジ部１６と，ベースプレート１ｄの一部１７とに対応する（以下，番号１７で示す部分を環状部材と称する）。潤滑流体は内筒１２と第１環状部材１４，軸１１，フランジ部１６との間隙及び外筒１３外周と環状部材１７との間隙に連続して充填され，大気との境界面を内筒１２の上端面及び外筒１３外周下部に有する。
【００３９】
軸１１の一部であるフランジ部１６の径方向の面１ｋをベースプレート１ｄとの位置確定に用い，軸方向の面１ｊで直角度及び接着強度を確保してベースプレート１ｄに固定する。番号１ｆはローターマグネットを，番号１ｅは磁気ディスクを搭載するハブを，番号１ｇはステータコアを，番号１ｈは回転駆動用のコイルをそれぞれ示す。
【００４０】
図２は本実施例で採用した蓮通領域１ｃを実現するスリーブ内筒１２，外筒１３の構造例を示す。図２（ｂ）は内筒１２の斜視図を，図２（ａ）は内筒１２にカバー１５，外筒１３を組み合わせた構造の斜視図を示している。
【００４１】
図２（ｂ）に示した内筒１２は上端面に径方向の凹状溝２３を持ち，番号２１は軸１１を挿通させる中心孔を，番号２２は第１環状部材１４と対向するスラストベアリング面を，番号２４は内筒１２外周面を斜めにカットした平坦面を，番号２６は平坦面２４以外の外周面を，番号２５は凹状溝をそれぞれ示す。図２（ａ）に於いて，内筒１２の外周面２６を外筒１３内周面と密着固定させ，内筒１２外周の平坦面２４と外筒１３内周面との間に断面を図１に示すように下方に徐々に間隙を小とする傾斜間隙部を形成する。ハッチされた番号２９で示す領域は潤滑流体の存在領域を，番号２７はエア部を，番号２８は潤滑流体の境界をそれぞれ示す。
【００４２】
図２では蓮通領域１ｃの傾斜間隙部をスリーブ内筒１２外周部を平坦面でカットして形成したが，スリーブ内筒１２の下半分を徐々に径を大にする円錐形状として形成する事も出来る。
【００４３】
本実施例に於ける潤滑流体圧力調整手段は内筒１２及び外筒１３間の間隙に構成した軸長方向に略平行な傾斜間隙部及びスパイラルグルーブ１ａの一部である。傾斜間隙部の最小間隙をほぼゼロと小として表面張力による潤滑流体保持力を大に出来，また潤滑流体の滞留部である傾斜間隙部を軸長方向に平行に構成して潤滑流体の径方向厚みを小として遠心力による潤滑流体圧力増分を微小に抑えている。
【００４４】
本実施例では傾斜間隙部に於ける潤滑流体の径方向厚みを小として潤滑流体に作用する遠心力に軽減しているので傾斜間隙部に於ける潤滑流体境界の径方向厚みは慎重に管理する必要がある。量産時に各部寸法，潤滑流体の注入量等のばらつきは避けられないので軸受部を組み立て後に前記傾斜間隙部に於ける潤滑流体境界の位置或いは径方向厚みを確認する事が望ましい。本実施例に於いては潤滑流体注入，上記潤滑流体境界の位置或いは径方向厚みを確認後にカバー１５を装着固定できる構造で動作条件を厳密に設定でき，またカバー１５を透明体として組み立て後にも上記潤滑流体境界の位置或いは径方向厚みを確認出来る。
【００４５】
内筒１２は切削加工によって形成する他に焼結合金の型成形によっても形成でき，その場合には上記凹状溝２３，２５，平坦面２４を型により形成できるので製造コストを低減できる。さらに第１環状部材表面に設けられているスパイラルグルーブ１ｂをスラスト面２２に配置し，内筒１２の型成型時に同時形成する事も出来る。また，外筒１３をプレス成形によって構成する際に外筒１３の内周面に凹凸を同時に形成して連通領域１ｃを構成することも出来る。
【００４６】
図１，図２（ａ）に示す外筒１３に固定されて第１環状部材１４上端の一部と対向しているカバー１５は第１環状部材１４とラビリンスを構成し，連通領域１ｃ内の空気の軸受外への流路抵抗を大にして潤滑流体の蒸気圧を高め，潤滑流体の蒸発を抑制する。
【００４７】
図３は図１に於ける軸受部を拡大して示し，動作原理を説明する。図３では判りやすいように左半分のみに連通領域１ｃ，不平衡ヘリングボーングルーブ１８，１９，スパイラルグルーブ１ａ，１ｂを示し，右半分には潤滑流体の移動方向３２，３３を点線で示す。フランジ部１６にはポンプインのスパイラルグルーブ１ａを，内筒１２上端面と対向する第１環状部材１４にはポンプインのスパイラルグルーブ１ｂを，内筒１２内周面には二つの不平衡ヘリングボーングルーブ１８，１９をそれぞれ有する。ヘリングボーングルーブは互いの方向に潤滑流体を圧送する対のスパイラルグルーブで構成され，潤滑流体の圧送能力を等しく構成しない場合は不平衡のヘリングボーングルーブとして一方向に潤滑流体圧送能力を有する。不平衡ヘリングボーングルーブ１８は上方に，不平衡ヘリングボーングルーブ１９は下方に潤滑流体圧送能力を有する。番号３４は外筒１３外周下部における潤滑流体境界面を示す。
【００４８】
スパイラルグルーブ１ａと不平衡ヘリングボーングルーブ１８とは潤滑流体を軸１１の上方に圧送する能力を，スパイラルグルーブ１ｂと不平衡ヘリングボーングルーブ１９とは軸１１の下方に潤滑流体を圧送する能力を有するが，本実施例では潤滑流体を軸１１の上方及び第１環状部材１４外周方向に圧送する力が勝るよう設定し，回転時には常に潤滑流体を軸１１の上方側に圧送して循環させる。したがって，潤滑流体は点線３２で示す方向に流動し，第１環状部材１４外周端から潤滑流体は直接作用する遠心力に駆動されて内筒１２上端面に沿って流出し，外筒１３と内筒１２間の間隙で構成する連通領域１ｃに流入する。連通領域１ｃ内の潤滑流体は更に遠心力によって加速されて境界２８以下の潤滑流体に合流する。点線３３は連通領域１ｃ内を流動する潤滑流体の方向を示している。従来は第１環状部材１４外周部にテーパーシール構造を有して軸長方向に多大のスペースを費やしていたが，本実施例では潤滑流体に直接作用する遠心力により潤滑流体をスリーブ内筒１２上端面に沿って連通領域１ｃ内に流入させるので軸長方向にスペースを要しない封止構造を実現している。
【００４９】
第１環状部材１４外周領域３１は潤滑流体と大気との境界面を有する。静止時には表面張力により静止した潤滑流体境界面が存するが，回転時には潤滑流体が内筒１２上端面に沿って移動する。遠心力は潤滑流体に直接作用し，連通領域１ｃの上端部は第１環状部材１４外周から遠心力の駆動する方向にあるので潤滑流体を確実に流入させる。
【００５０】
スパイラルグルーブ１ｂはポンプインタイプであるので潤滑流体を内径側に圧送し，不平衡ヘリングボーングルーブ１８及びスパイラルグルーブ１ａによる潤滑流体圧送能力と協働して内筒１２上端面と第１環状部材１４間の潤滑流体圧力を高める。しかし，第１環状部材１４外周領域３１で半ば開放されているので潤滑流体は径方向外方に流出し，スパイラルグルーブ１ｂ外径近傍で潤滑流体は負圧状態となり気泡が混入しやすい。本発明ではスパイラルグルーブ１ｂの内径側への潤滑流体圧送能力を凌駕して常に内径側から潤滑流体を径方向外方に流す設定として気泡混入を抑制し，スパイラルグルーブ１ｂの機能低下を防いでいる。さらにスパイラルグルーブ１ｂの径は従来の密閉流体内に於ける径よりも大きめとしても機能低下を補償出来る。また，連通領域１ｃの上端部２３の開口面積を微小としてスパイラルグルーブ１ｂ近傍の潤滑流体を確保する構造も効果がある。
【００５１】
上記潤滑流体封止の構造は気泡排除の機能をも有する。すなわち，軸１１と内筒１２間に気泡が存在しても潤滑流体の点線３２に示す流れによってスリーブ上端面にまで運ばれて第１環状部材１４外周領域３１では大気に接し振り切られ，潤滑流体には連通領域１ｃ内で遠心力が働いて点線３３に示すように駆動されるが，気泡に働く遠心力は小さいので大気に解放される。
【００５２】
本実施例では動圧グルーブ１ａ，１９，１８，１ｂにより番号３２で示す正味の潤滑流体流れを作り，第一環状部材１４の外周端で潤滑流体を連通領域１ｃ内に遠心力で振り切る。起動直後或いは停止直前で回転速度が小さいので遠心力は微小となるが，内筒１２とフランジ１６との間隙は小でスパイラルグルーブ１ａは無視できない程度の潤滑流体圧送能力を持つ。番号３２，３３で示す潤滑流体流れに乱れを生じる可能性有るが，ポンプインのスパイラルグルーブ１ａより内周領域にスパイラルグルーブ１ａより浅い溝で形成するポンプアウトのスパイラルグルーブを配置して内筒１２とフランジ１６との間隙が小の場合に外径方向の潤滑流体圧送能力を生じさせて対処する事が出来る。動圧グルーブの流体圧送能力は動圧グルーブの配置された間隙と溝深さの比で決まって，最適となる条件があり，どちらにずれても流体圧送能力は減少する。前記ポンプアウトのスパイラルグルーブの溝深さとして１ミクロンメートル程度を選択すれば，起動或いは停止時の内筒１２とフランジ１６との間隙が小の場合に潤滑流体圧送能力を相殺し，また速やかにスリーブ下端領域での潤滑流体圧力を増大させてスリーブを浮上させる効果もある。内筒１２とフランジ１６との間隙が１ミクロンメートルの数倍程度に大となれば，前記ポンプアウトのスパイラルグルーブの影響は無視できるほどとなるので上記に説明した本実施例の動作を損なう事は無い。
【００５３】
図４，図５を用いて静止時及び回転時に於ける潤滑流体の挙動をさらに説明する。図４（ａ）は内筒１２上端面及び近傍の平面図を示し，図４（ｂ）は図３と同様に軸受部の縦断面を示す。動作を説明する為に左半分は静止時の状態を，右半分は回転時の状態をそれぞれ示し，番号４２はスリーブの回転方向を示す。
【００５４】
図４（ｂ）に於いて，左半分は静止時の状態を示して内筒１２はフランジ部１６に接触し，右半分は回転時の状態を示して内筒１２は浮上している様子を示している。図４の左右の図に於いて，注目すべき点は潤滑流体の位置である。左半分では潤滑流体が連通領域１ｃ内にもかなり滞留するが（番号４３で示す），右半分の連通領域１ｃ内では潤滑流体の量は少ない。その結果，外筒１３と環状部材１７間に滞留する潤滑流体の量は異なり，左半分の境界４４と右半分の境界３４のように位置が異なる。
【００５５】
図４（ａ）で第１環状部材１４に相当する領域（点線４１で示す円内）にはスパイラルグルーブ１ｂを示している。スパイラルグルーブ１ｂは第１環状部材表面に配置されているが，相対的な位置が判りやすいようにスラスト面２２上に投影して示している。
【００５６】
連通領域１ｃの断面及び上端部は図４（ａ）に示され，本実施例で断面は三日月状である。連通領域の三日月状断面の両側間隙に潤滑流体が保持されて移動し，中央の間隙大の部分でエアが流通する構造となる。
【００５７】
静止時に潤滑流体を連通領域１ｃに引き込む量は連通領域１ｃの収容能力による。連通領域１ｃの容積を調整することによって静止時に外筒１３と環状部材１７間に滞留させる潤滑流体の量を調整できる。これはまた連通領域１ｃ内の間隙と外筒１３と環状部材１７間の間隙にも依存する。回転起動するに際して潤滑流体は連通領域１ｃから供給されるが，時間遅れがあるので起動時の潤滑が不十分となる可能性があり，これは上記寸法諸元の調整により静止時にも外筒１３と環状部材１７間に適当な量の潤滑流体が常に滞留するよう設定する。
【００５８】
本実施例に於いて，潤滑流体は循環過程で第１環状部材１４外周領域３１で大気と接し，遠心力で外径方向に駆動されるので必然的に気泡と分離される。このように気泡は原理的に分離除去されるので本実施例の動圧流体軸受では潤滑流体の注入には特別の真空プロセスを必要とせず大気中で注入が可能である。
【００５９】
軸１１をベースプレート１ｄに固定した後，潤滑流体を滴下してスリーブを装着し，潤滑流体が軸１１と内筒１２間の間隙を移動する時間が掛かる事を利用してその間に第１環状部材１４を軸１１に圧入固定する事が出来る。或いはカバー１５装着前に潤滑流体を注入し，カバー１５を接着固定しても良い。カバー１５は潤滑流体と接しないので潤滑流体注入後に於いても接着固定に不都合を生じない。注入された潤滑流体はモータを回転させる事により所定位置に自動配分される。
【００６０】
図５（ａ），（ｂ）を用いて連通領域排出部（下端部に相当）近傍の潤滑流体圧力分布を説明する。連通領域１ｃ内に於いて潤滑流体は遠心力により外径方向の移送圧力を受けるが，その移送圧力に抗する潤滑流体圧力調整手段は内筒１２及び外筒１３間の間隙に構成した軸長方向に略平行な傾斜間隙部及びスパイラルグルーブ１ａの一部である。傾斜間隙部の最小間隙をほぼゼロとして表面張力による潤滑流体保持力を大に出来る事，また潤滑流体の滞留部である傾斜間隙部を軸長方向に平行に構成して潤滑流体の径方向厚みを小として遠心力による潤滑流体圧力増分を微小に抑え，スパイラルグルーブ１ａの一部がその圧力増分への対抗力を発生する。
【００６１】
すなわち図５（ａ）に示すように連通領域１ｃの下端部５３はスパイラルグルーブ１ａ領域に開口している。図５（ａ）の点線５４に沿って潤滑流体圧力分布を図５（ｂ）に示すが，横軸に点線５４上の各点を，縦軸に大気圧Ｐ０を基準に潤滑流体圧力を示している。
【００６２】
潤滑流体の境界３４内側の点５５では大気圧Ｐ０より低く，外筒１３外周部はその下端から上方に縮径しているので外筒１３外周下端近傍の点５６では遠心力により圧力が若干高められ，点５７では連通領域１ｃの下端部５３より外径側のスパイラルグルーブ１ａ部分で圧力が高められる事が示されている。連通領域１ｃ内の下端部５３近傍には潤滑流体が滞留し，境界２８の内側の点５８では大気圧Ｐ０より低い。境界２８には常に潤滑流体が流れ込み，メニスカスが形成され難い部分もあるが，傾斜間隙領域すなわち境界２８を周方向に広く広げる事により流入する潤滑流体の影響を軽減する。
【００６３】
この図５（ｂ）に示すような圧力分布で潤滑流体は釣り合い，定常状態となる。スリーブ外周の潤滑流体が増えて境界面３４が上昇すると境界面の曲率半径は大となって点５５に於ける圧力は増大して大気圧Ｐ０に近づき，一方連通領域１ｃの傾斜間隙領域内の潤滑流体が増えると点５７点−５８間の圧力差が大となる。したがって，常に図５（ｂ）示すように潤滑流体圧力が連続となるよう連通領域１ｃ内及びスリーブ外周部に潤滑流体が配分され安定する。
【００６４】
連通領域下端５３と境界面３４との間に動圧グルーブが配置されない場合には，点５６，５７に於ける圧力が点５５から遠心力によって高めらる事が潤滑流体境界面安定の条件となる。この条件を満たすために連通領域下端５３近傍の諸元は制約を受けるが，本実施例のようにスパイラルグルーブ１ａの一部を連通領域下端５３と境界面３４との間に配置する事によって設計の自由度を増す事が出来る。比較的低回転速度である場合には遠心力は小で蓮通領域１ｃ内の傾斜間隙領域の保持力のみでも潤滑流体を保持できる。
【００６５】
スパイラルグルーブ１ａが発生する潤滑流体の周方向圧力分布はスパイラルグルーブ１ａの凹部，凸部に対応して周期的に変化する。その為，本実施例のように潤滑流体圧力調整手段としてフランジ部１６表面に形成されたスパイラルグルーブ１ａの一部を用いた場合に連通領域１ｃ内の潤滑流体への圧力が周期的に変動して不具合を起こす可能性がある。その際の対処策は連通領域下端５３に対応するフランジ部１６表面に環状グルーブを形成して圧力変動を周方向に平均化する，或いはスリーブ下端面にスパイラルグルーブ１ａを形成する事である。
【００６６】
本実施例では連通領域１ｃの平均間隙を５０ミクロンメートル程度に設定して静止時には潤滑流体を吸収して潤滑流体境界を引き込む構成としているが，回転起動及び停止の過程で潤滑流体の潤滑流体境界が移動し，過度的に不安定となる可能性がある。その場合には連通領域１ｃの間隙を調整して回転時及び静止時の潤滑流体境界２８を同じくし，回転起動及び停止の過程で潤滑流体の潤滑流体境界の移動量を小にする設定も可能である。
【００６７】
本実施例の軸固定型動圧流体軸受モータは，高速回転用途で使われる事が多いが，高速回転でスパイラルグルーブ１ａ外周部は負圧を生じやすい部分であるので拡大した図５（ａ）を用いて対処策を説明する。スパイラルグルーブ１ａでは潤滑流体が内径方向に圧送される一方で，それより外周部では外径方向への遠心力が働くので潤滑流体圧力は低下して負圧となり，気泡が滞留しやすくなる。本実施例ではスパイラルグルーブ１ａの位置及び外筒１３外周下部の形状により上記問題を回避し，高速回転に適する構造としている。
【００６８】
外筒１３外周下部の潤滑流体溜まり部では外筒１３の回転と共に近傍の潤滑流体は回転流動し，対向する静止部材である環状部材１７近傍（番号５２で示す）の潤滑流体は静止している。本実施例ではスパイラルグルーブ１ａの外径が内筒１２外径より大に，つまり潤滑流体の境界３４の高速流動側（番号５１で示す）より外径側に配置してある。さらにスリーブ外筒１３の外周は下端より上方に離れるに従って縮径する形状とする。したがって潤滑流体境界面３４の高速流動側５１はスリーブ外周下端より内径側に位置するので高速で回転流動する潤滑流体に作用する遠心力は外筒１３表面に沿って積算され，潤滑流体内の圧力は外筒１３下端の外周近傍で最も高くなる。このようにスパイラルグルーブ１ａの外径近傍に遠心力を利用して圧力を加え，負圧発生を防止する構造としている。
【００６９】
本実施例では連通領域１ｃをスリーブの内筒１２，外筒１３間の間隙として形成したが，内筒１２を微小な隙間を多く有する多孔質素材で形成してそれら微小空孔で連通領域１ｃを形成することも可能である。外筒１３内に焼結合金素材を充填させて内筒１２を形成する構造として同時にヘリングボーングルーブ１８，１９をも形成できる。微小な空孔はヘリングボーングルーブ１８，１９，スパイラルグルーブ１ｂの形成された領域表面にも存在し，潤滑流体はそれら表面の隙間からも内筒１２内に浸透し，スパイラルグルーブ１ｂでは潤滑流体不足を生じる可能性がある。この場合には外筒１３との境界近傍を除く内筒１２の表面の微小隙間に潤滑性の良い樹脂を含浸させて封孔処理を行って対処する。
【実施例２】
【００７０】
図６に示す第二の実施例は図１に示す第一の実施例からスリーブ上端近傍及び第１環状部材，カバー，連通領域，潤滑流体圧力調整手段等の構造を変更したのみであるので軸受部のみを拡大して示す。他の部分は図１の実施例と同じで説明は省略する。図６は図４と同様に左半分は静止状態を，右半分はスリーブが回転している状態を示し，それぞれ回転部の上下位置及び潤滑流体の位置に差がある。また，図７は内筒，外筒，カバーの斜視図を示す。
【００７１】
図６，図７に於いて，内筒６１はその上端面に第１環状部材６３と対向して勘合する環状凹部７１を有し，内筒６１及び外筒６２間で形成する連通領域１ｃ’の流入部となる上端７２は環状凹部７１底面より上に配置する。さらにカバー６４は内筒６１外周端と間隙を有して連通領域１ｃ’の環状開口６６を形成する。
【００７２】
内筒６１の外周表面に設けた凹状溝７３は直線的な図２の凹状溝２５とは異なり，周方向に傾斜して形成されている。傾斜の方向は回転時に潤滑流体が押し込まれる方向である。さらに凹状溝７３の下端は蓮通領域１ｃ’の排出部６７であり，排出部６７に関して回転方向後方は環状部材１７との間隙を小として潤滑流体が排出部６７から蓮通領域に押し込まれるよう構成してある。すなわち排出部６７の回転方向後方では番号７５で示すよう外筒６２の下端部が垂下し，回転方向前方では外筒６２の下端部７６が下端部７５より上にあるような形状としてある。
【００７３】
図６左半分に於いて静止時に潤滑流体は番号６５で示すように連通領域１ｃ’内に入り込み，境界面を内側に引き込んで潤滑流体保持力を強化する。右半分の図では連通領域１ｃ’内で滞留している潤滑流体は少ない。環状部材１７と外筒６２間の潤滑流体は左半分の図では少なく，右半分の図では多くなっている。
【００７４】
回転時に第一の実施例で図３を用いて説明したと同様に潤滑流体は動圧グルーブ１ａ，１８によりスリーブ内筒６１上端面に移送され，流入部となる凹状溝７２を介して連通領域１ｃ’内に振り切られる。流入部７２はスラスト面となる環状凹部７１底面より上に配置されているので潤滑流体は環状凹部７１底面より高い位置で連通領域１ｃ’に振り切られる事になり，環状凹部７１には常に流入部７２と環状凹部７１底面間の段差に相当する深さの潤滑流体が滞留する事になる。図８はスリーブ内筒６１上端部及び第１環状部材６３近傍の拡大断面図を示している。番号８２は流入部７２と環状凹部７１底面間の段差量を示し，番号８１は前記段差を乗り越えて連通領域１ｃ’に振り切られる潤滑流体の移動方向を示している。
【００７５】
回転時に第１環状部材６３と環状凹部７１底面との間隙は設計により異なるが数ミクロンメートルから２０ミクロンメートル程度であるので段差量８２は最大の間隙以上として例えば２０ミクロンメートル以上の適当な値に設定する。第一の実施例に比してスラストベアリング領域に於ける潤滑流体保持の安定性を向上できる利点がある。
【００７６】
環状開口６６の開口は内筒６１とカバー６４の軸方向の位置をずらして構成し，その開口間隙を第１環状部材６３と内筒６１上端面間の間隙より大として衝撃が加えられた際に第１環状部材６３と内筒６１上端面間の間隙から噴出する潤滑流体を収容するよう配置する。
【００７７】
図９はスリーブ外周下部の潤滑流体溜まり部と連通領域１ｃ’排出部近傍に於ける潤滑流体の圧力分布を説明するための図で，図９（ａ）はスリーブ外周下部の潤滑流体溜まり部の断面と連通領域１ｃ’下端部の模式図を示し，図９（ｂ）は潤滑流体の圧力分布を示す。図９（ａ）に於いて番号９１はスリーブ外周下部の潤滑流体を，番号６７は連通領域１ｃ’の排出部となる下端部を，番号９３は連通領域１ｃ’内の潤滑流体を示す。点線９４に沿って境界面３４の内側の点９５，排出部６７近傍の点９６，連通領域１ｃ’内凹状溝７３内の点９７，境界２８の内側の点９８に於ける潤滑流体圧力を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）の横軸は点線９４に沿った点９５，９６，９７，９８の位置を，縦軸は大気圧Ｐ０を基準にした圧力を示している。
【００７８】
境界面３４より内部の点９５の圧力は大気圧より低く，排出部６７近傍の点９６では点９５と等しいか或いは潤滑流体に働く遠心力により若干高くなり，潤滑流体９３の境界面２８の内側９８では大気圧Ｐ０より低く，点９７では潤滑流体が押し込まれて回転時に高められる事が示されている。
【実施例３】
【００７９】
第一，第二の実施例はラジアルベアリングとして二つの不平衡ヘリングボーングルーブを有する例であったが，図１０（ａ），（ｂ）に示す第三の実施例はラジアルベアリングとしてただ一つの不平衡ヘリングボーングルーブを有して薄型に適した構造である。
【００８０】
同図に於いて，固定軸は円筒軸及びスリーブ下端面と対向する第２環状部材の一部（以下，フランジ１０３と称する）を一体化させたＴ字状軸１０１である。スリーブはスリーブ内筒１０２はハブ１０７の一部と一体化して構成され，スリーブ内筒１０２は軸１０１外周と微小隙間を有して回転自在に勘合され，その下端面はフランジ１０３と微小隙間を有して対向する。さらにスリーブ内筒１０２上端面近傍の構成は図６，７，８に示した第二の実施例と同様であり，スリーブ内筒１０２上端面は環状凹部を有し，軸１０１に固定される第１環状部材１０４と微小隙間を有して対向する。
【００８１】
請求項１に規定する第２環状部材はフランジ１０３と，ベースプレート１０ｇの一部１０５とに対応する（以下，番号１０５で示す部分を環状部材と称する）。潤滑流体はスリーブ内筒１０２と第１環状部材１０４，軸１０１，フランジ１０３との間隙及びスリーブ外周と環状部材１０５との間隙に連続して充填され，大気との境界面をスリーブ内筒１０２の上端面及びスリーブ外周下部に有する。番号１０６はカバーを示す。連通領域１０８はスリーブ内筒１０２とハブ１０７との間隙で構成され，詳細は図１１で説明する。番号１０ｃはローターマグネットを，番号１０７は磁気ディスクを搭載するハブを，番号１０ｅはステータコアを，番号１０ｆは回転駆動用のコイルをそれぞれ示す。
【００８２】
動圧グルーブ構成は，スリーブ内筒１０２内周面にスリーブ内筒１０２上端方向に圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブ１０９，フランジ１０３には内径方向に潤滑流体圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａ，第１環状部材１０４にはポンプインのスパイラルグルーブ１０ｂを有し，それらの動圧グルーブ全体として潤滑流体を第１環状部材１０４外周側に圧送し続けるよう設定する。回転時に不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａはスリーブ内筒１０２下端面とフランジ１０３間の潤滑流体圧力を高めて軸方向の負荷容量を発生させると共に潤滑流体をスリーブ内筒１０２上端面方向に圧送する。スパイラルグルーブ１０ｂは回転と共に潤滑流体を内径方向に圧送し，一方不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａ，１０９は潤滑流体をスリーブ１０２上端面方向に圧送するのでスリーブ内筒１０２上端面と第１環状部材１０４間の圧力は高められて軸方向負荷容量を発生させ，不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａが発生させる軸方向負荷容量と釣り合う位置でスリーブを浮上支持する。
【００８３】
不平衡ヘリングボーングルーブ１０９は径方向の負荷容量を発生させて回転部を軸１０１に調芯させるが，回転部が傾いた場合に十分な姿勢復元のモーメント力を発生させることは出来ない。本実施例ではスラストベアリングである不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａが回転部姿勢の復元モーメント力を発生させる。すなわち，回転部が傾くとスリーブ内筒１０２の上下端面も傾き，フランジ１０３との間隙が変化する。間隙が大小に変化した領域で不平衡ヘリングボーングルーブ１０ａがその径方向中間で局部的に圧力を高める程度は間隙に反比例するので回転部の姿勢復元のモーメント力を発生し，回転部姿勢を復元する。
【００８４】
図１１は第三の実施例で採用した蓮通領域１０８を実現するスリーブ内筒１０２，ハブ１０７の一部を示す。図１１（ｂ）は内筒１０２の斜視図を，図１１（ａ）は内筒１０２にカバー１０６，ハブ１０７の一部を組み合わせた構造の斜視図を示している。
【００８５】
図１１（ｂ）に示したスリーブ内筒１０２は上端面に径方向の凹状溝７２を持ち，番号２１は軸１０１を挿通させる中心孔を，番号７１はスラスト面を，番号１１１はスリーブ内筒１０２外周面の円錐面を，番号１１２は凹状溝を，番号１１３は円錐面１１１以外の外周面をそれぞれ示す。図１１（ａ）に於いて，スリーブ内筒１０２の外周面１１３をハブ１０７内周面と密着固定させ，スリーブ内筒１０２の円錐面１１１とハブ１０７内周面との間に断面を図１０に示すように下方に徐々に間隙を小とする傾斜間隙部を形成する。ハッチされた番号１１６で示す領域は潤滑流体の存在領域を，番号１１４はエア部を，番号１０５は潤滑流体の境界をそれぞれ示す。番号７１，７２の意味及び関係は図７と同じである。
【００８６】
本実施例に於ける潤滑流体圧力調整手段はスリーブ内筒１０２及びハブ１０７間の間隙に構成した軸長方向に略平行な傾斜間隙部である。傾斜間隙部の最小間隙をほぼゼロと小として表面張力による潤滑流体保持力を大に出来る事，また潤滑流体の滞留部である傾斜間隙部を軸長方向に平行に構成して潤滑流体の径方向厚みを小として遠心力による潤滑流体圧力増分を微小に抑える事で小型・低速回転領域で安定な潤滑流体封止を実現している。
【００８７】
第１環状部材１０４は軸１０１に圧入固定するので軸１０１との直角度は量産時にばらつくのは避けられない。しかし，本実施例では上部スラストベアリングとしてスパイラルグルーブ１０ｂを採用したので第１環状部材は小径で十分であり，第１環状部材１０４と軸１０１との直角度仕様を緩和できる。上部スラストベアリングをヘリングボーングルーブとする構成も本発明に含まれて回転部の姿勢復元力への寄与を期待できるが，その場合には第１環状部材の径を大にする必要がある。
【００８８】
第三の実施例での動圧グルーブの構成は，上部スラストベアリングをスパイラルグルーブ１０ｂとして軸方向負荷容量のみ発生させ，下部スラストベアリングにより回転部の姿勢復元力を得る構成であるので上下スラストベアリングのパラメータ選定には最適な関係が存在する。すなわち，上下のスラストベアリングでの負荷容量は各スラストベアリング部の間隙に反比例し，また下部スラストベアリングから得る姿勢復元モーメントも間隙に反比例する関係にある。上下スラストベアリングでの間隙の和は一定であるので前記姿勢復元モ−メントが最小になる関係は存在する。量産段階で上下スラストベアリングでの間隙の和の変動は避けられないが，可能な限り姿勢復元モーメントは大にしたいので上下スラストベアリングでの間隙の和の変動範囲を考慮し，姿勢復元モーメントが最小となる間隙を避けるようにパラメータを設定する。
【００８９】
スリーブ外周下部に潤滑流体溜まり部を持ち，二つのスラストベアリングを有する軸固定構造動圧流体軸受は，従来有効な潤滑流体シールを実現できなかったが，本発明は第一，第二，第三の実施例の構成及び動作原理を説明したように，確実な潤滑流体シール構造を提供する。本発明により薄型の軸固定構造動圧流体軸受モータを実現でき，またラジアルベアリング領域を最大限に確保できるので同一の厚みであればＮＲＲＯの小さい動圧軸受モータを提供する。
【実施例４】
【００９０】
第一，第二，第三の実施例は固定軸を円筒軸とする構造であった。第四の実施例は図１２に示すように固定軸を円錐形状とする円錐軸受である。図１２に示す第四の実施例は第三の実施例に於けるラジアル軸受及びスリーブ下端のスラスト軸受を円錐軸受で代替している。図１２に示す第四の実施例はかなりの部分を図１０に示す第三の実施例と同じくしているので共通の部分には同一の番号を付し，異なっている部分についてのみ説明する。
【００９１】
固定軸１２１は上部方向に縮径する凸状円錐面であり，スリーブ内筒１２２は凹状円錐面を有して固定軸１２１に勘合する。番号１２３はフランジ部でベースプレートに固定され，スリーブは図１０と同様にスリーブ内筒１２２とハブ１０７の一部とで形成され，それらの間隙に連通領域１０８を有する。
【００９２】
スリーブ内筒１２２内周面には不平衡ヘリングボーングルーブ１２４を有して回転時に潤滑流体をスリーブ内筒１２２上端方向に移送し，第１環状部材１０４外周領域で潤滑流体を遠心力で連通領域１０８内に振り切る。
【００９３】
不平衡ヘリングボーングルーブ１２４が回転時に発生する負荷容量の軸方向成分とスパイラルグルーブ１０ｂが不平衡ヘリングボーングルーブ１２４と協働で発生する負荷容量とが釣り合う位置でスリーブ内筒１２２を含む回転部は浮上支持され，不平衡ヘリングボーングルーブ１２４が回転時に発生する負荷容量の径方向成分によりスリーブ内筒１２２は軸１２１に調芯される。
【００９４】
本実施例によれば，固定軸１２１を型成型で構成でき，ラジアルベアリング部の間隙調整を不要とする利点がある他，第三の実施例に比して更に薄型に構成できる利点がある。
【実施例５】
【００９５】
本発明の第五の実施例として薄型のＨＤＤを構成した例を示す。図１３には第三の実施例である図１０の軸固定構造動圧流体軸受モータを用いて構成した薄型ＨＤＤ構成の例を示す。
【００９６】
図１３（ａ）に示した薄型ＨＤＤはベースプレート１０ｇとなる筐体１３１上に軸固定構造動圧流体軸受モータ１３６が形成され，磁気ディスク１３３が前記モータ１３６に装着され，磁気ディスク１３３上の所定位置に磁気ヘッド１３４を位置決めするアクチュエータ１３５が配置されている。筐体カバー１３２は筐体１３１に固定され，軸１０１は筐体カバー１３２に下側から当接して筐体カバー１３２を支持する構成である。電子回路或いはＨＤＤ内環境を制御するフィルター機構等は図示されてない。
【００９７】
図１３に於いて，軸固定構造動圧流体軸受モータ１３６には内部の軸受のみを示し，図１３（ｂ）に拡大図を示す。本実施例では磁気ディスクの径として２５ミリメートル程度，薄型ＨＤＤの厚みとして２．５ミリメートル程度を想定している。
【００９８】
ＨＤＤの厚みが制約されているので軸１０１を筐体カバー１３２に固定するボルトは略し，軸１０１は筐体カバー１３２に内部から当接して筐体カバー１３２の内側への変形防止の支柱として使用している。番号１３７は筐体カバー１３２と第１環状部材１０４間の間隙を，番号１３８は第１の環状部材１０４の厚みを示す。番号１３９はスリーブ１０２の軸方向長さを，番号１３ａはフランジ部１０３の厚みをそれぞれ示す。
【００９９】
番号１３７で示す寸法は０．１ミリメートルに，第１環状部材１０４は軸１０１との直角度を確保する必要があるので０．７ミリメートルに，また番号１３ａで示す寸法は０．５ミリメートルに設定すると，ＨＤＤの全体の厚み２．５ミリメートルから前記寸法及び筐体カバー１３２の厚みとして０．２ミリメートルを差し引くと有効なラジアルベアリング部の長さ１３９として１．０ミリメートルが確保できる。ラジアルベアリング用ヘリングボーングルーブは一つであり，１ミリメートル程度あれば設定できるので２．５ミリメートル厚の薄型ＨＤＤが実現できることになる。
【０１００】
以上，実施例を挙げて本発明の動作原理及び構造を説明した。上記実施例は本発明の動作原理を説明するために数例を挙げたのみであって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で材料及び構造等の変形が可能なことはもちろんで上記の説明が本発明の範囲を限定しない。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明では従来のテーパーシールに替わる新規な潤滑流体封止構造を提案し，動作原理と共にその特徴を説明した。薄型でも潤滑流体漏れの無い軸固定型動圧流体軸受モータを実現したので回転部姿勢を高精度に維持する必要のある高速の記録ディスク装置用モータ及び筐体カバーの支柱が必要な薄型記録ディスク装置に特に適する。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第一の実施例である軸固定型動圧流体軸受モータの縦断面図を示す。
【図２】図１に於けるスリーブの内筒及び外筒の斜視図を示す。
【図３】図１に於ける軸受部の拡大された縦断面図を示す。
【図４】図１に於ける軸受部の拡大された縦断面図及び平面図を示す。
【図５】図１のスリーブ下端部の拡大図及び圧力分布を示す。
【図６】第二の実施例である軸固定型動圧流体軸受の縦断面図を示す。
【図７】図６に於けるスリーブの内筒及び外筒の斜視図を示す。
【図８】図６に於けるスリーブ上端近傍の拡大断面図を示す。
【図９】図６のスリーブ下端部の拡大図及び圧力分布を示す。
【図１０】第三の実施例である軸固定型動圧流体軸受モータの縦断面図を示す。
【図１１】図１０に於けるスリーブの内筒及びハブの外筒部分の斜視図を示す。
【図１２】第四の実施例である軸固定型動圧流体軸受の縦断面図を示す。
【図１３】第五の実施例である薄型記録ディスク装置の縦断面図を示す。
【図１４】米国特許５８７６１２４及び米国特許５５３３８１１の軸受け部縦断面図を示す。
【図１５】本発明による潤滑流体封止の構造をモデル化して示す。１１・・・Ｔ字状軸，                  １２・・・スリーブ内筒，１３・・・スリーブ外筒，              １４・・・第１環状部材，１５・・・カバー，                    １６・・・フランジ部，１７・・・環状部材，                  １８，１９・・不平衡ヘリングボーングルーブ，１ａ，１ｂ・・スパイラルグルーブ，    １ｃ，１ｃ’・・連通領域，１ｄ・・・ベースプレート，            １ｅ・・・ハブ，１ｆ・・・ローターマグネット，        １ｇ・・・ステータコア，１ｈ・・・コイル，                    １ｊ・・・フランジ部の軸方向面，１ｋ・・・フランジ部の径方向面，２１・・・内筒１２の中心孔，          ２２・・・スラスト面，２３・・・凹状溝，                    ２４・・・平坦面，２５・・・凹状溝，                    ２６・・・平坦面２４以外の外周面，２７・・・エア部，                    ２８・・・潤滑流体の境界，２９・・・潤滑流体の存在領域，３１・・・第１環状部材外周領域，      ３２，３３・・潤滑流体の移動方向，３４・・・潤滑流体の境界面，４１・・・第１環状部材外径位置，      ４２・・・スリーブの回転方向，４３・・・連通領域１ｃ内の潤滑流体，  ４４・・・潤滑流体境界，５１・・・潤滑流体境界面３４と外筒１３外周との交点，５２・・・潤滑流体境界面３４と環状部材１７との交点，５３・・・連通領域１ｃの下端部（排出部），５４・・・点線，５５，５６，５７，５８・・点線５４上の点，６１・・・内筒，                      ６２・・・外筒，６３・・・第１環状部材，              ６４・・・カバー，６５・・・潤滑流体，                  ６６・・・環状開口，６７・・・排出部，７１・・・環状凹部，                  ７２・・・凹状溝（流入部），７３・・・凹状溝，                    ７４・・・回転方向，７５・・・排出部６７より回転方向後方の外筒６２下端部，７６・・・排出部６７より回転方向前方の外筒６２下端部，８１・・・潤滑流体の流れ方向，        ８２・・・流入部の段差量，９１，９３・・潤滑流体，              ９４・・・点線，９５，９６，９７，９８・・点線９４上の点，１０１・・・軸，                      １０２・・・スリーブ内筒，１０３・・・フランジ部，              １０４・・・第１環状部材，１０５・・・環状部材，                １０６・・・カバー，１０７・・・ハブ，                    １０８・・・連通領域，１０９・・・不平衡ヘリングボーングルーブ，１０ａ・・・不平衡ヘリングボーングルーブ，１０ｂ・・・スパイラルグルーブ，      １０ｃ・・・ロータマグネット，１０ｄ・・・ディスク搭載面，          １０ｅ・・・ステータ，１０ｆ・・・コイル，                  １０ｇ・・・ベースプレート，１１１・・・円錐面，                  １１２・・・凹状溝，１１３・・・円錐面以外のスリーブ１０２外周面，１１４・・・エア部，                  １１５・・・潤滑流体の境界，１１６・・・潤滑流体の存在領域，１２１・・・円錐軸，                  １２２・・・スリーブ内筒，１２３・・・フランジ部，              １２４・・・不平衡ヘリングボーングルーブ，１３１・・・筐体，                    １３２・・・筐体カバー，１３３・・・磁気ディスク，            １３４・・・磁気ヘッド，１３５���・・アクチュエータ，          １３６・・・軸固定構造動圧流体軸受モータ，１３７・・・カバー１３２下面から第１環状部材までの距離１３８・・・第１環状部材１０４の厚み，１３９・・・スリーブの軸方向長さ，    １３ａ・・・フランジ部厚み，１４１，１４２・・スラストベアリング，  １４３・・・平衡チャネル，１４４，１４５，１４６・・潤滑流体溜まり部，１５１・・・スリーブ下部近傍の潤滑流体溜まり部，１５２・・・蓮通領域内の潤滑流体溜まり部，１５３・・・動圧グルーブ，            １５４・・・排出部，１５５・・・スリーブ上端面外周部，１５６・・・遠心力で振り切られた潤滑流体の循環経路，１５７・・・潤滑流体，                 １５８，１５９・・潤滑流体境界，１５ａ，１５ｂ・・潤滑流体溜まり部で潤滑流体を上方に引く力，１５ｃ・・・遠心力による圧力増分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006283964.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006283964.tif 000014
【図１３】
2006283964.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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